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C++类实现的线程安全队列

2023-06-30 22:37:18 深夜i -- --

C++ 类线程安全队列

C++是一个广泛使用的程序设计语言，拥有强大的类库支持，也可以很方便地使用多线程编程。线程安全队列是一个常见的多线程应用场景，可以避免线程间的竞争条件和数据安全问题。本文将介绍如何使用C++类实现线程安全队列。

1. 设计类

首先，我们需要设计一个队列类，包括以下属性和方法：

1) 队列的头节点和尾节点指针。

2) 获取队列的长度方法。

3) 添加元素方法。

4) 删除元素方法。

5) 线程安全锁。

2. 添加元素方法

在队列的末尾添加元素，可以使用以下三步操作：

1) 创建一个新节点。

2) 将新节点的指针连接到队列的末尾。

3) 将队列的末尾指针更新为新节点。

3. 删除元素方法

在队列的开头删除元素，可以使用以下三步操作：

1) 获取队列的头节点指针。

2) 将队列的头指针更新为下一个节点。

3) 删除当前节点。

4. 线程安全锁

为了保证线程安全，需要在添加和删除元素操作前对队列进行加锁。在C++中，可以使用std::mutex类实现线程安全锁。当一个线程持有锁时，其他线程需要等待该线程释放锁才能进入临界区。

5. 完整实现

下面是一个简单的线程安全队列实现：


#include <iostream>
#include <queue>
#include <mutex>
template <typename T>
class SafeQueue {
private:
  std::queue<T> queue_;
  std::mutex mutex_;
public:
  void push(T element) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
    queue_.push(element);
  }
  std::size_t size() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
    return queue_.size();
  }
  bool empty() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
    return queue_.empty();
  }
  bool tryPop(T& element) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
    if (queue_.empty())
      return false;
    
    element = queue_.front();
    queue_.pop();
    return true;
  }
}

该实现包括类模板SafeQueue，其中的成员函数有：push()、size()、empty()和tryPop()。其中，push()方法将一个元素添加到队列尾部，tryPop()方法将队列头元素弹出并赋值给参数，返回bool型表示队列是否为空，size()方法返回队列长度，empty()方法返回队列是否为空。

在每个方法中都加锁，保证线程安全。在每个方法结束后自动释放锁。

6. 总结

使用C++类实现线程安全队列可以避免线程之间的竞争条件和数据安全问题。本文中，我们介绍了一个简单的线程安全队列实现，该实现使用std::mutex类实现线程安全锁，并提供了方法包括push()、size()、empty()和tryPop()。在编写多线程应用程序时，我们应该始终注意线程安全问题。

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